$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

저압직류 배전계통의 고장응답 특성 분석
An Analysis on Fault Response Characteristics in Low Voltage DC Distribution System 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.65 no.6, 2016년, pp.911 - 917  

노철호 (Dept. of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ,  권기현 (Dept. of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ,  송종일 (Dept. of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ,  한준 (Dept. of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ,  오윤식 (Dept. of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ,  김철환 (Dept. of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

DC-based power system is paid attention as interests in energy efficiency and power quality are increased. However, standardization and researches for commercializing Low Voltage DC(LVDC) distribution system are still insufficient. Protection system, which is closely related with reliability, power ...

주제어

#Low voltage distribution system   #Fault response characteristics   #Power converter  

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 추후 신뢰성 있는 저압직류 배전계통의 보호 시스템 구축을 위해서는 이와 같은 고장응답 특성 분석 결과가 반드시 고려되어야 한다. 따라서 본 논문에서는 이를 바탕으로 한 저압직류 배전계통의 보호 시스템 구축을 위한 방향 및 고려사항이 제시되었다.
  • 본 논문에서는 저압직류 배전계통의 선로에 고장 발생 시 고장응답 특성 분석을 위해 전력변환기기의 동작특성에 따른 단계별 고장전류 식을 도출하고, EMTP를 이용한 시뮬레이션을 통해 이를 검증하였다. 고장응답 특성 분석 결과에 따르면 저압직류 배전계통의 고장전류는 (a) 전력변환기기 내부의 커패시터 방전 기간 동안의 고장전류와 (b) 방전 이후의 고장전류로 구분할 수 있다.
  • 본 연구에서는 저압직류 배전계통에 대한 신뢰성 있는 보호 시스템 구축을 위한 기초 연구로 고장응답 특성에 대한 면밀한 분석을 수행하였다. 특히 저압직류 배전계통의 구성 측면에서 기존 교류계통과는 달리 전력변환기기가 필수적으로 요구된다는 점에 초점을 맞추어 진행하였다.

가설 설정

  • DC-link 커패시터 전압이 교류입력전원보다 낮아지면, 반도체 스위치의 역병렬 다이오드가 도통되면서 (b)단계가 시작된다. 이는 일반적으로 고장 발생 이후 수 [ms] 정도 이후에 발생하며, DC-link 커패시터의 용량이 (b) 단계로 진입하는 시간에 직접적으로 영향을 미친다. 또한 고장위치나 고장저항 등과 같이 (a) 단계에서 형성되는 고장루프 임피던스에 영향을 미칠 수 있는 요소들에 의해서 결정된다.
  • 해당 고장전류는 식 (4)와 같으며, 전류흐름은 그림 7에 나타나 있다. 하지만 DC/DC 컨버터 측면의 고장전류는 (b) 단계에서 AC/DC 컨버터 측면과 달리 역병렬 다이오드를 통해 흐르는 전류가 발생하지 않는다. 대신에 식 (4)의 고장전류가 고장루프를 통해 흐르고 수 [ms] 이내에 소멸된다.
  • 본 논문에서는 저압직류 배전계통의 선로에 고장 발생 시 고장응답 특성 분석을 위해 전력변환기기의 동작특성에 따른 단계별 고장전류 식을 도출하고, EMTP를 이용한 시뮬레이션을 통해 이를 검증하였다. 고장응답 특성 분석 결과에 따르면 저압직류 배전계통의 고장전류는 (a) 전력변환기기 내부의 커패시터 방전 기간 동안의 고장전류와 (b) 방전 이후의 고장전류로 구분할 수 있다. (a) 구간의 고장전류는 매우 큰 크기를 가지고 단시간 동안 지속되며, 고장응답 특성이 계통구성 및 고장조건에 따라 뚜렷하게 나타난다.
  • AC/DC 컨버터 측면에서 저압직류 배전계통의 고장전류는 AC/DC 컨버터의 동작 특성에 따라서 (a) DC-link 커패시터 방전 단계와 (b) 역병렬 다이오드 도통 단계로 구분할 수 있다.
  • DC-link 커패시터 전압이 교류입력전원보다 낮아지면, 반도체 스위치의 역병렬 다이오드가 도통되면서 (b)단계가 시작된다. 이는 일반적으로 고장 발생 이후 수 [ms] 정도 이후에 발생하며, DC-link 커패시터의 용량이 (b) 단계로 진입하는 시간에 직접적으로 영향을 미친다.
  • 해당 고장전류는 계통구성 및 고장조건에 따라서 과감쇠 형태를 나타낼 수 있다. 단, 식 (1)은 커패시터 방전 완료 이후 (b)단계가 시작하는 시점 t1까지만 유효하다.
  • (b)단계에서는 역병렬 다이오드에 순간적으로 선로 인덕터 방전에 의해서 약 850[A]의 높은 전류가 가장 먼저 흐르는 것을 관찰할 수 있는데, 이는 역병렬 다이오드에 큰충격을 가하게 된다. 따라서 AC/DC 컨버터 측면의 고장전류는 (b)단계에 진입하기 이전에 차단이 이루어져야 한다. 또한 입력전원에 의한 전류 역시 역병렬 다이오드를 통해서 흐름을 확인할 수 있다.
  • 계통의 전압레벨은 표 1과 같이 가정되었으며, 선로정수 파라미터는 참고문헌 [8]을 참조하였다. 또한 저압직류 배전계통의 고장응답 특성을 명확하게 나타내기 위하여 부하용량은 한 가구 기준으로 설정하였으며, 선로 고장은 가장 빈번하게 발생할 수 있는 PTG고장과 계통에 가장 큰 고장전류를 야기하는 PTP고장을 고려하였다.
  • 1절에서 기수행된 내용과 마찬가지로 DC/DC 컨버터의 동작특성에 따라 (a) DC-link 커패시터 방전 단계와 (b)역병렬 다이오드 도통 단계로 나누어 고장전류를 분석하였다. 단, 입력 측에 의한 영향을 배제하기 위하여 고장 발생 직후 AC/DC 컨버터 출력단의 Solid-State Circuit Breaker(SSCB)가 동작함을 가정하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
저압직류 배전계통의 구성은 어떻게 되는가? 저압직류 배전계통은 전력회사로부터 송·배전을 통해 받은 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 AC/DC 컨버터, 이를 수용가 측으로 전달하는 배전선로, 전달된 직류 전압을 수용가에서 요구하는 적정 전압으로 변환시켜주는 DC/DC 컨버터, 그리고 부하군으로 구성되어 있다. 저압직류 배전계통의 개념도는 그림 1과 같다.
AC/DC 컨버터 측면에서 저압직류 배전계통의 고장전류는 AC/DC 컨버터의 동작 특성에 따라 어떻게 구분할 수 있는가? AC/DC 컨버터 측면에서 저압직류 배전계통의 고장전류는 AC/DC 컨버터의 동작 특성에 따라서 (a) DC-link 커패시터 방전 단계와 (b) 역병렬 다이오드 도통 단계로 구분할 수 있다.
3상 AC/DC 컨버터와 Buck DC/DC 컨버터에 포함되어 있는 반도체 스위치는 외부 고장 발생 시 어떻게 되는가? 본 연구에서 구성한 저압직류 배전계통은 3상 AC/DC 컨버터와 Buck DC/DC 컨버터를 적용하였으며, 그 회로도가 각각 그림 2와 그림 3에 나타나 있다. 두 전력변환기기는 해당 역할을 수행하기 위하여 다양한 방식으로 제어되는 반도체 스위치를 포함하고 있는데, 이는 외부 고장 발생 시 자기 보호를 위하여 빠르게 차단되고 병렬 연결된 역병렬 다이오드가 도통된다[6]. 또한 AC/DC 컨버터의 출력단 및 DC/DC 컨버터의 입력단에는 계통 운영 시 충전되어 있는 커패시터가 존재하는데, 이는 선로 고장 발생 시 빠르게 방전된다[6].
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (8)

  1. Ki-Bong Yeo, "Trends and Prospects of HVDC", Electrical Equipment, pp.20-27, 2012.6. 

  2. Jin Yang, "Fault Analysis and Protection for Wind Power Generation Systems", Ph.D. dissertation, Univ. of Glasgow, 2011.3. 

  3. M.M.Xu et al., "A Prony-based Method of Locating Short-Circuit Fault in DC Distribution System", 2nd IET Renewable Power Generation Conference, 2013. 

  4. Abdullah S. Emhemed, Graeme M. Burt, "Protecting the last mile - enabling an LVDC distribution network", University of Strathclyde, 2013. 

  5. Faults in LVDC microgrids with front-end converters, ABB technical application papers No.14, 2015. 

  6. Jin Yang et al., "Multiterminal DC Wind Farm Collection Grid Internet Fault Analysis and Protection Design", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.25, No.4, 2010.10. 

  7. James W. Nilsson, Susan A. Riedel, Electric Circuits, Pearson international edition, 2005. 

  8. Pasi Peltoniemi, "Phase Voltage Control and Filtering in a Converter-Fed Single-Phase Customer-End System of the LVDC Distribuiton Network", Ph.D dissertation, Lappeenranta Univ., 2010 

저자의 다른 논문 :

LOADING...

관련 콘텐츠

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로